Print

Bezdrátová technika pro provozy: Speciální, nebo standardní?

-- 28.01.19

Bezdrátové sítě jsou nedílnou součástí mnoha procesních závodů a nabízejí velké množství výhod. Jejich rozšíření je stále větší a využívají se v řadě aplikací. 

Bezdrátové sítě využívající současné metody a protokoly jsou součástí procesního průmyslu již více než deset let. Existuje mnoho důvodů, proč závody využívají bezdrátové sítě, avšak často je lze redukovat do dvou kategorií.

První kategorie je reaktivní; bezdrátová síť se používá k podpoře již přehlcené kabelové infrastruktury nebo v místech těžko přístupných pro kabel.

Druhá kategorie je proaktivní; bezdrátová komunikace je kritickým prostředkem k rychlému zvýšení dosahu přístrojové a komunikační techniky bez nákladů, dlouhé doby instalace a možných odstávek nutných u přístrojů připojených kabelem.

Bez ohledu na kategorii je konečným cílem zvýšit produktivitu zařízení a efektivitu pracovní síly. Existuje neustálá snaha o zvyšování ziskovosti, a to i přesto, že v průmyslu pracuje méně zkušený personál a počet pracovníků se celkově snižuje.

Dnešní síťové protokoly splňují čtyři požadavky na úspěch:

 

  • spolehlivá komunikace,
  • zabezpečený přenos dat,
  • deterministická komunikace,
  • řízení spotřeby energie. 

Wi-Fi a další lokální sítě

Když si většina lidí představí bezdrátovou síť, jako první je napadnou bezdrátové sítě Ethernet (Wi-Fi), které propojují počítače, telefony, tablety a další zařízení s kancelářskými, domácími i průmyslovými sítěmi. Zatímco Wi-Fi je velmi univerzální technologie vhodná pro širokou škálu aplikací, její vysoké nároky na energii a značná obslužná data protokolu (overhead) ji činí nepraktickou pro měřicí zařízení, kde je potřeba měřit životnost baterie v letech. Přesto všudypřítomnost zařízení s podporou Wi-Fi a vysoká šířka pásma, které tato technologie nabízí, ji činí vhodnou pro bezdrátové sítě závodu (Wireless Plant Networks – WPN; viz obrázek 1), jež se používají pro jiné účely.

Mezi nejběžnější využití Wi-Fi patří aplikace mobilních pracovníků, vzdálené videomonitorování pro účely bezpečnosti a zabezpečení a podobné aplikace. Při zvažování použití WPN je důležité pochopit, že typické prostředí procesního závodu není tak příznivé pro komunikaci jako domácnost nebo kancelář. Vyšší hustota přítomnosti kovů, více zdrojů elektromagnetického rušení a široký rozsah okolních podmínek v průmyslovém prostředí často vyžadují vyšší hustotu přístupových bodů v závodě nebo lokalitě, zejména v okolí potenciálních zdrojů rušení.

Ve většině případů by implementace WPN neměla být ponechána výhradně v kompetenci firemního týmu informačních technologií. Instalační pracovníci, kteří jsou zvyklí pracovat v kancelářských prostředích, ne vždy rozumějí problémům práce v procesním závodě. Síť může fungovat nekonzistentně, což vede ke ztrátě důvěry uživatelů ve WPN. Při navrhování WPN je nejlepší zapojit dodavatele, kteří mají zkušenosti s průmyslovou automatizací a chápou nároky na instalaci Wi-Fi v prostředí průmyslového závodu.

K alternativám Wi-Fi pro WPN a rozsáhlejší geografické sítě, jako jsou obecní vodárenské nebo elektrorozvodné aplikace, patří sítě LTE (Long Term Evolution) a WiMax (Wireless Interoperability Microwave Access). Tyto sítě nabízejí různé způsoby řešení vzdálenosti pokrytí, šířky pásma, mobility a podpory sítě. V některých případech se může na zavádění podílet komerční poskytovatel sítí anebo je možno je instalovat a udržovat vlastními zdroji. Sítě LTE a WiMax jsou vhodné pro různé případy použití, nicméně nejsou vhodné pro sítě procesní přístrojové techniky.

Další komerční protokol, který lze použít v průmyslovém prostředí, je Bluetooth a jeho pozdější varianta Bluetooth Low Energy. Technologie Bluetooth byla původně navržena jako technologie náhrady kabelů pro spojení na krátké vzdálenosti mezi dvěma body.

Průmyslové úpravy zahrnují propojení přenosného počítače s programovatelným automatem pro konfigurační a údržbové funkce bez fyzického kabelu a další podobné aplikace na krátkou vzdálenost. 

Bezdrátová přístrojová technika

Jedním z pozitivních faktorů přispívajících k akceptování této technologie uživateli bylo vytvoření standardních protokolů pro bezdrátové sítě provozní přístrojové techniky. Existují dva hlavní standardy pro bezdrátovou procesní přístrojovou techniku: 100.11a – Bezdrátové systémy pro průmyslovou automatizaci řízení procesů a související aplikace, vydaný organizací ISA (International Society of Automation), a standard WirelessHART, každý přijatý jako mezinárodní standard IEC 62734 – Průmyslové sítě – Bezdrátové komunikační sítě a komunikační profily a IEC 62591 – Průmyslové sítě – Bezdrátové komunikační sítě a komunikační profily – WirelessHART.

Zatímco tyto standardy pokrývají do značné míry stejnou oblast, existují významné rozdíly v jejich přístupu. Oba si získaly mezi dodavateli a uživateli dobrou pověst.

Jako první se na trh dostal standard WirelessHART. První provozní zařízení standardu WirelessHART byla uvedena v roce 2007. K překonání problémů s rušením v průmyslových aplikacích využívá WirelessHART síť typu mesh (obrázek 2), kde každé zařízení plní v síti funkci opakovače (repeater), čímž poskytuje více cest pro signály k přístupovému bodu nebo bráně.

Vzhledem k tomu, že byl skupinou FieldComm Group navržen speciálně pro průmyslové aplikace, mohou certifikované přístroje od jakéhokoli výrobce vzájemně spolupracovat. Kromě toho jsou využití šířky pásma a bezpečnostní aspekty optimalizovány pro aplikace měření a řízení. Vzhledem k tomu, že bezdrátové přístroje jsou často napájeny bateriemi, protokol byl navržen tak, aby minimalizoval spotřebu energie. V závislosti na tom, jak často dané zařízení poskytuje hostitelskému systému aktualizace měření, může životnost baterie činit až 10 let.

Vývoj standardu ISA100.11a byl dlouhodobějším projektem dokončeným až v roce 2009. Je součástí větší rodiny standardů ISA100, která pokrývá širší škálu bezdrátových aplikací. Standard ISA100.11a je určen speciálně pro bezdrátovou přístrojovou techniku. Využívá jiný přístup, pokud jde o to, jak se zařízení propojují v síti typu mesh, a od uživatelů vyžaduje, aby určili způsob jejich vzájemné interakce. To vyžaduje vyšší míru správy sítě, než potřebuje síť standardu WirelessHART, která se dokáže organizovat sama.

Síť standardu ISA100.11a je obecně instalována tak, že provozní zařízení komunikují přímo s jedním nebo více přístupovými body, které pak komunikují s bezdrátovou bránou, jež plánuje komunikaci a předává data hostitelskému systému. Zařízení sítě ISA100.11a mohou být také konfigurována tak, aby fungovala v síti typu mesh, pokud je nutné zvýšit spolehlivost signálu, čímž se však snižuje životnost baterie.

V některých aplikacích byly s různou mírou úspěšnosti použity různé sítě WAN s nízkou spotřebou energie. Původním použitím těchto protokolů byla komunikace s velmi malou šířkou pásma v rozsáhlých oblastech, například pro chytré měřiče spotřeby elektrorozvodných a plynárenských distribučních společností, kde měřiče jednotlivých zákazníků obvykle odesílají aktualizace jednou denně. I když mají extrémně dlouhý dosah, velmi nízká šířka pásma a pomalá doba aktualizace těchto protokolů znemožňují jejich použití ve většině průmyslových monitorovacích aplikací. 

Raní uživatelé versus opozdilci

Podle publikace Everetta Rogera Diffusion of Innovations lze přijímání nových technologií popsat křivkou sahající od inovátorů a raných uživatelů, kteří nadšeně experimentují s novými technologiemi, až po opozdilce, kteří na večírek přijdou až velmi pozdě.

Pokud síť WPN pracovala ve spojení s bezdrátovou přístrojovou sítí, pracovníci závodu si rychle uvědomili mnoho výhod (obrázek 3). Například umožnit pracovníkům zařízení přístup k datům řídicího systému s aplikacemi pro mobilní pracovníky v provozu může snížit dobu zprovozňování smyčky až o 50 % tím, že zvýší efektivitu operátora a pracovního toku technického zajištění. Jiné aplikace, jako je monitorování polohy, mohou výrazně zlepšit shromažďování pracovníků v případě nehody a bezdrátové kamery poskytují značné bezpečnostní a provozní výhody.

Při pohledu na současný stav trhu s bezdrátovou přístrojovou technikou můžeme pozorovat, že WirelessHART nyní vstupuje do fáze raného přijetí většinou. Většina velkých průmyslových zákazníků na ropném a plynárenském, petrochemickém, energetickém a jiném trhu procesního průmyslu si již nainstalovala sítě WirelessHART. 

Zvýšení dosahu přístrojové techniky

První generace bezdrátových přístrojů se soustředila výhradně na regulované veličiny, ale uživatelé si rychle uvědomili, že další poskytovaná data by mohla umožnit monitorování stavu výrobních prostředků a další aplikace. Zatímco úspora nákladů na kabeláž je stále velkým přínosem, největší hodnotou bezdrátové přístrojové techniky a sítí je schopnost usnadnit realizaci všudypřítomných senzorových systémů.

S poklesem nákladů na koncová zařízení a sítě došlo ke zvýšení schopnosti provozovatelů závodů shromažďovat data a podporovat rozhodování v mnoha různých aplikacích. 

Shane Hale je ředitel pro globální rozvoj obchodu společnosti Emerson Automation Solutions. Shane Hale má více než 27 let zkušeností v oblasti přístrojové techniky a řízení v mnoha průmyslových segmentech. Upravila Emily Guentherová, zástupkyně obsahového ředitele, Control Engineering, CFE Media, eguenther@cfemedia.com.

 

 


Sponzorované odkazy

 
Aktuální vydání
Reklama

Navštivte rovněž

  •   Události  
  •   Katalog  

Události

Údržba 2019
2019-10-23 - 2019-10-24
Místo: Konferenční centrum AV ČR, zámek Liblice
Konference kvality 2019
2019-10-31 - 2019-10-31
Místo: Grandior Hotel Prague
SCADA SECURITY 2019
2019-11-04 - 2019-11-05
Místo: Hotel DAP, Praha
Bezpečnost v průmyslu 2019
2019-11-05 - 2019-11-05
Místo: Brno
EX prostředí 2019
2019-11-06 - 2019-11-06
Místo: Brno

Katalog

EWWH, s. r. o.
EWWH, s. r. o.
Hornoměcholupská 68
102 00 Praha 10
tel. 734 823 339

BALLUFF CZ s.r.o.
BALLUFF CZ s.r.o.
Pelušková 1400
19800 Praha
tel. 724697790

B+R automatizace, spol. s r.o.
B+R automatizace, spol. s r.o.
Stránského 39
616 00 Brno
tel. +420 541 4203 -11

Schneider Electric CZ, s. r. o.
Schneider Electric CZ, s. r. o.
U Trezorky 921/2
158 00 Praha 5
tel. 00420737266673

COGNEX
COGNEX
Emmy-Noether-Str. 11
76131 Karlsruhe
tel. 720 981 181

všechny firmy
Reklama


Tematické newslettery




Anketa


Na internetu
V tištěných médiích
Na veletrzích a výstavách
Jinde

O nás   |   Reklama   |   Mapa stránek   |   Kontakt   |   Užitečné odkazy   |   Bezplatné zasílání   |   RSS   |   
Copyright © 2007-2019 Trade Media International s. r. o.
Navštivte naše další stránky
Trade Media International s. r. o. Trade Media International s. r. o. - Remote Marketing Továrna - vše o průmyslu Control Engineering Česko Řízení a údržba průmyslového podniku Inteligentní budovy Almanach produkce – katalog firem a produktů pro průmysl Konference TMI